24 jan Microverontreinigingen in water met 90% verminderen

Xylem en Nederlandse waterbedrijf Dunea ontwikkelen het eerste sequentiële geavanceerde oxidatieproces (AOP)-systeem voor drinkwater dat bromide bevat

Baanbrekende oplossing maakt gebruik van een uniek proces om duurzaamheid te bevorderen door microverontreinigingen in water met tot 90% te verminderen.

In 2005 startte het Nederlandse waterbedrijf Dunea, dat 1,3 miljoen mensen van drinkwater voorziet, een ambitieus onderzoeksproject met Xylem. Het waterleidingbedrijf wilde de hoeveelheid microverontreinigingen in haar water verminderen en tegelijkertijd het bromaatgehalte ver onder de aanbevolen normen houden. Bromaat, een mogelijk kankerverwekkende stof, kan worden gevormd wanneer water dat bromide bevat met ozon wordt behandeld. Xylem en Dunea hebben een innovatieve manier gevonden om dit probleem aan te pakken.

Microverontreiniging in waterbronnen zijn een groeiend probleem voor waterbedrijven. Deze chemische stoffen zijn afkomstig van industrie, landbouw, huishoudens en ziekenhuizen. Deze groep verontreinigende stoffen kan bestaan uit farmaceutische producten, hormoonontregelende stoffen, persoonlijke verzorgingsproducten, industriële chemicaliën, pesticiden en contrastmiddelen die worden gebruikt in de medische wereld.

Een voorsprong op een groeiend probleem van microverontreinigende stoffen

In 2005 constateerden deskundigen van Dunea een toename van microverontreinigingen in de waterbronnen van het waterbedrijf. Hoewel de verontreinigingsconcentraties volgens de drinkwaternormen geen reden tot bezorgdheid gaven, besloot Dunea fors te investeren in waterbehandelingsoplossingen om microverontreinigingen te verminderen. Deze langetermijninvesteringen moesten de ophoping van microverontreiniging voorkomen en de biologische afbreekbaarheid van microverontreiniging in Dunea’s zuiveringstrein verbeteren. Bovendien zouden de investeringen ertoe bijdragen dat in de toekomst aan de drinkwaterregelgeving wordt voldaan.

Microverontreiniging kan effectief uit water worden verwijderd met ozonoxidatie. Het bronwater van Dunea bevat echter bromide, dat uiteindelijk kan worden omgezet in giftig bromaat wanneer ozon wordt gebruikt om water te behandelen. Het doel van Dunea was een oplossing te vinden voor het verwijderen van microverontreiniging en tegelijkertijd 20 keer minder bromaat te vormen dan de toegestane hoeveelheid voor drinkwater ten aanzien van de richtlijnen van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO).

De juiste AOP combinatie

De eerste fase van Xylem’s pilotstudie bij Dunea, tussen 2009 en 2011, was om te kijken welke combinaties van oxidatieprocessen het best in staat zouden zijn om vier representatieve microverontreinigingen te verminderen.

Er zijn drie belangrijke, niet-chloorhoudende manieren waarop drinkwaterbedrijven drinkwater behandelen door middel van oxidatie:

• Ultraviolet licht (UV)-AOP
• Ozon of ozon-AOP
• Combinaties van deze processen

Het doel van al deze processen is microverontreiniging op atoomniveau te verstoren, door gebruik te maken van ozon of hydroxylradicalen. De hydroxylradicalen vervangen bepaalde atomen in de microverontreiniging of voegen er atomen aan toe. Hierdoor verliezen de microverontreinigingen hun toxische eigenschappen. De reacties vinden plaats in fracties van seconden, waarna de hydroxylradicalen niet meer aanwezig zijn.

Tijdens het UV-AOP-proces wordt het verontreinigde water gemengd met lage concentraties waterstofperoxide en bestraald met krachtig ultravioletlicht om de hydroxylradicalen te vormen. In een ozon-AOP-proces wordt ook waterstofperoxide gebruikt. Waterstofperoxide wordt in het water geïnjecteerd en vervolgens wordt ozon gedoseerd, waardoor de hydroxylradicalen worden gevormd.

Snelle reactie tussen ozon en waterstofperoxide

Op basis van de resultaten uit de eerste proeffase hebben Dunea en Xylem zich in de tweede fase geconcentreerd op het aanpassen van de doseringen ozon en waterstofperoxide uit de eerste proeffase. Hierbij is de bromaatvorming onder de door Dunea gestelde norm gebleven.

Hoe meer ozon er aan water dat Bromide bevat wordt toegevoegd, hoe meer vorming van bromaat optreedt. Om de vorming van bromaat tot een minimum te beperken, gebruikten Dunea en Xylem een ozon loop reactor met zes opeenvolgende ozoninjectiepunten. Eerst wordt waterstofperoxide aan het water toegevoegd. Daarna passeert het water de reactor waar ozon wordt geïnjecteerd via de zes doseerpunten. Dit leidt tot een verhoogde waterstofperoxide/opgeloste ozon-verhouding in het water, wat de vorming van bromaat beperkt en bijdraagt tot een efficiënte vermindering van microverontreiniging.

Uit het pilotonderzoek is gebleken dat zeer snelle en efficiënte reacties van ozon en waterstofperoxide nodig zijn om de bromaatvorming onder de Dunea-norm te houden. Tijdens de ozoninjectie mogen er geen plekken zijn waar ozon de tijd krijgt om met bromide te reageren. Op basis van het loop reactor experimenten hebben Dunea en Xylem de innovatieve en unieke DOP-reactor ontwikkeld. Deze zorgt voor een onmiddellijke reactie tussen de waterstofperoxide en de ozon, zodat de vorming van bromaat tot een minimum wordt beperkt en er minder microverontreiniging optreedt.

Twee geavanceerde oxidatieprocessen voor een betere waterkwaliteit

Nadat het water met behulp van een ozon-AOP in de DOP-reactor is behandeld, gaat het met de resterende waterstofperoxide door een geavanceerd ultraviolet oxidatieproces. De UV-AOP vermindert de microverontreinigingen nog meer. Aangezien UV-AOP op basis van waterstofperoxide geen bromaat vormt, is het een ideale aanvulling op de upstream ozon-AOP. Dit opvolgingsproces zorgt voor een sterkere vermindering van microverontreinigingen en draagt bij tot een extra behandelingsbarrière voor schadelijke sporenstoffen en ziekteverwekkers.

Dunea’s geavanceerde behandelingsproces omvat een ozongenerator, de DOP-reactor, UV-lampen en UV-reactoren, allemaal geleverd door Xylem.

Installatie van een innovatieve AOP voor de reductie van microverontreinigingen

De nauwe samenwerking tussen Dunea en Xylem in de langlopende pilotstudie leidde er in 2018 toe dat Xylem ’s werelds eerste AOP opvolgingsproces installeerde voor de reductie van microverontreiniging en de beperking van bromaatvorming.

In oktober 2018 werd de nieuwe oplossing op de proef gesteld. Het baanbrekende AOP opvolgingsproces presteerde extreem goed en verminderde atrazine (onkruidverdelger) met 73% en ibuprofen met 90%. Terwijl de drempelwaarde van de Wereldgezondheidsorganisatie voor bromaat 10 microgram per liter is, houdt het nieuwe AOP-proces bij Dunea bromaat onder de 0,5 microgram per liter. Bovendien gebruikt de energiezuinige oplossing van Xylem slechts 0,15 kWh/m³ energie voor zowel het ozon-AOP- als het UV-AOP-proces. Dit betekent dat Dunea kan voldoen aan haar normen voor waterkwaliteit en de energiekosten met 30 tot 50 procent kan verlagen.

Samen met de ondersteuning van Xylem tilde Dunea hun bestaande zuiveringsopvolgingsproces naar een hoger niveau. Het innovatieve en duurzame proces is nu en in de toekomst goed bestand tegen microverontreiniging. Meer dan 1,3 miljoen mensen in Nederland profiteren nu van vers en gezond drinkwater met een kwaliteit die veel hoger is dan de huidige drinkwaterregelgeving.

Meer informatie over Xylem’s oplossingen voor het verwijderen van microverontreinigingen